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文件系统调用(下) ─── linux第18课

news 来源：原创 2025/5/6 21:42:32

文件描述符就是从0开始的小整数。当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件。于是就有了ﬁle结构体。表示一个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调用，所以必须让进程和文件关联起来。每个进程都有一个指针*ﬁles, 指向一张表ﬁles_struct,该表最重要的部分就是包涵一个指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针！

文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件

原来我在博客中也提过,linux下一切皆文件, 如何理解呢?

linux下一切皆文件

硬盘 , 网卡, 键盘,显示器等外设都是文件?

一切皆文件" 是 Linux 的核心设计哲学，在进程角度, 将系统中的各种资源抽象为文件。

通过统一的文件接口，可以方便地访问和操作硬件设备、进程信息、网络套接字等资源。

VFS 虚拟文件系统 (多态)

统一都有struct file ,上层都以 struct file 形式访问
将不同设备用相同的结构体 struct file 管理起来,从进程角度(上层) ,就是一切皆文件

如何用结构体统一管理呢? 尤其是不同设备的调用方法不同

因为linux是C语言写的,也就是struct file 中不能包含成员函数 , 所以linux在struct file中 ,使用了函数指针 , 对应了该设备的具体调用函数.

用函数指针屏蔽了底层的差异 , 读写网卡 /键盘等 , 上层就不关心具体方法了.

系统调用(sysem call)在内部就直接调用 ,对应的函数指针例如:
     int fd1 = open("open.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0666);
     if(fd1 < 0)
     {
          perror("open");
         return 1;
     }
 
     const char* message ="hello linux\n";
     write(fd1, message, strlen(message));在文件open.txt中写入
     write(1,message ,strlen(message));  在屏幕上写入
 
     close(fd1);
这两种写入, write通过文件描述符(fd)找到对应的 struct file 调用对应的函数指针即可,并不关心是向磁盘中写入 ,还是向显示屏中写入.

struct file中的一个指针指向函数指针表

I/O的基本过程

1.文件的内核缓冲区

内核缓冲区存在的意义:

外设的io操作太慢了,为了提高io效率,每个文件都有一个内核缓冲区.

文件的系统调用本质:

写入 write: 将数据从用户拷贝到文件的内核缓冲区.(先不刷新到对应的磁盘文件)
读入 read: 将磁盘文件加载到文件的内核缓冲区,再拷贝给用户.

文件的struct file 中包含文件的内核缓冲区的指针

2.重定向

文件描述符的分配规则

文件描述符的分配规则：在ﬁles_struct数组当中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符。

include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
 close(1);
 int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);
 if(fd < 0){
     perror("open");
     return 1;
 }
 printf("fd: %d\n", fd);
 fflush(stdout);
 
 close(fd);
 exit(0);
}

我们发现，本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件 myfile 当中，其中，fd＝1。这种现象叫做输出重定向。

常见的重定向有:>, >>, <

那重定向的本质是什么呢？

我们原来讲过 从上层看, 文件描述符(fd)是访问硬件的唯一方式

printf是C库当中的IO函数，一般往 stdout 中输出，但是stdout底层访问文件的时候，找的还是fd:1, 但此时，fd:1 下标所表示内容，已经变成了myﬁle的地址，不再是显示器文件的地址，所以，输出的任何消息都会往文件中写入，进而完成输出重定向。